牽引變壓器的過負(fù)荷能力一般受限于變壓器繞組最熱點(diǎn)溫度和頂層油溫。在評(píng)價(jià)牽引變壓器的過負(fù)荷能力時(shí)，所選擇的典型負(fù)荷曲線必須合理，使之能夠正確反映線路的牽引變壓器運(yùn)行狀況。本文介紹以一種典型負(fù)荷曲線為例，對(duì)牽引變壓器的溫升計(jì)算和壽命損失做了研究，并從安全性和經(jīng)濟(jì)性角度對(duì)牽引變壓器容量的合理選擇進(jìn)行了探討。

電氣化鐵道牽引負(fù)荷具有波動(dòng)性大的特點(diǎn)，正常運(yùn)行時(shí)牽引變壓器大多處于欠負(fù)載狀態(tài)，而在短時(shí)緊密運(yùn)行時(shí)又會(huì)出現(xiàn)過負(fù)載現(xiàn)象。

在確定牽引變壓器容量時(shí)，必須根據(jù)牽引負(fù)荷的特點(diǎn)，從安全運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)方面進(jìn)行綜合考慮，容量選擇過小會(huì)使?fàn)恳�變壓器長期過載，造成壽命縮短甚至燒毀；容量選擇過大除了造成供電設(shè)備容量閑置外，在當(dāng)前兩部制電價(jià)情況下，鐵路局每年還要為此付出高額的基本電費(fèi)。因此，鐵路設(shè)計(jì)部門所確定的牽引變壓器的安裝容量，不僅涉及到牽引供電系統(tǒng)的安全性問題，而且和鐵路運(yùn)營部門的運(yùn)輸成本息息相關(guān)。

確定牽引變壓器容量是在保證牽引供電安全性的前提下，充分利用牽引變壓器的過負(fù)荷能力，提高牽引變壓器容量利用率，這對(duì)于降低鐵路運(yùn)輸成本具有十分重要的意義。

1、典型負(fù)荷曲線的溫升計(jì)算

1.1牽引變壓器過負(fù)荷能力和典型負(fù)荷曲線

在采用常規(guī)絕緣材料的變壓器中，線圈絕緣的最高耐受溫度決定了變壓器所能承受的最大負(fù)載，當(dāng)采用耐高溫固體絕緣材料后，變壓器油的耐受溫度就變成了一個(gè)重要因素。油浸式電力變壓器在過負(fù)荷狀態(tài)下繞組最熱點(diǎn)溫度不應(yīng)超過140℃；油面溫度不應(yīng)超過105。C131。對(duì)于采用常規(guī)絕緣紙板紙和常規(guī)變壓器油的牽引變壓器，也以相同的限制指標(biāo)為約束條件。

對(duì)于電力變壓器的過負(fù)荷能力評(píng)估，一般用等效的二級(jí)矩形負(fù)載周期圖表示實(shí)際負(fù)載周期。引。由于牽引變壓器的負(fù)荷狀況和電力變壓器有顯著不同，而且不同等級(jí)線路的負(fù)荷狀況相差很大，所選擇的典型負(fù)荷曲線必須合理，使之能夠正確反映不同線路的牽引變壓器運(yùn)行狀況，同時(shí)滿足牽引變壓器的溫升標(biāo)準(zhǔn)。文獻(xiàn)給出了典型負(fù)荷曲線的確定原則與步驟。

參考鐵路運(yùn)營部門和設(shè)計(jì)單位提出的諸多牽引變壓器典型負(fù)荷曲線，可采用典型負(fù)荷曲線，以某容量為31．5 MVA的平衡牽引變壓器的溫升實(shí)驗(yàn)結(jié)果及技術(shù)參數(shù)為基礎(chǔ)，對(duì)其進(jìn)行溫升計(jì)算和壽命損失分析。

1．2牽引變壓器溫升計(jì)算模型

為了變壓器能夠安全經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，國際電工委員會(huì)IEC354．1991標(biāo)準(zhǔn)和國標(biāo)GB／T15164．94《油浸式電力變壓器負(fù)載導(dǎo)則》規(guī)定了油浸式電力變壓器超銘牌額定值負(fù)載的限制條件、穩(wěn)態(tài)及暫態(tài)下的繞組熱點(diǎn)溫度的計(jì)算方法，并推薦了溫度計(jì)算用的數(shù)學(xué)模型。下面給出IEC354．1991溫升模型中的變壓器各部分穩(wěn)態(tài)溫升和暫態(tài)溫升的計(jì)算公式。

2、變壓器容量的合理選擇

合理選擇牽引變壓器的安裝容量，必須從安全性和經(jīng)濟(jì)性2個(gè)方面進(jìn)行綜合考慮。

2.1安全性

減小牽引變壓器的安裝容量是降低鐵路運(yùn)輸成本的可行方法之一，但必須在保證安全供電的前提下進(jìn)行。IEC354．1991標(biāo)準(zhǔn)和國標(biāo)《油浸式電力變壓器負(fù)載導(dǎo)則》給出了超過銘牌額定值時(shí)負(fù)載的電流和溫度限值：對(duì)于中型電力變壓器，短期急救負(fù)載電流標(biāo)幺值不超過1．8，繞組最熱點(diǎn)溫度不超過160℃，頂層油溫不超過115℃。但為了疏解列車或搶運(yùn)貨物而出現(xiàn)列車緊密運(yùn)行的情況下，牽引變壓器過負(fù)荷往往達(dá)到2倍甚至更高。因此，國標(biāo)中短期急救負(fù)載電流標(biāo)幺值不超過1．8的規(guī)定，對(duì)于牽引變壓器并不一定合適。

對(duì)于牽引變壓器繞組最熱點(diǎn)溫度限值，需要根據(jù)牽引變壓器使用的絕緣材料耐熱等級(jí)的不同而合理確定。國內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)對(duì)此做了大量深入的研究。根據(jù)變壓器油高溫下的電氣性能和理化性能的試驗(yàn)結(jié)果，文獻(xiàn)給出了溫度限值：采用常規(guī)絕緣紙板紙和常規(guī)變壓器油的牽引變壓器中，過負(fù)荷狀態(tài)下繞組最熱點(diǎn)溫度不應(yīng)超過140℃；在額定負(fù)荷狀態(tài)下且環(huán)境溫度為40℃時(shí)，油面溫度不應(yīng)超過105℃。采用NOMEX紙和常規(guī)變壓器油的牽引變壓器，繞組最熱點(diǎn)溫度允許達(dá)到160℃。

牽引變壓器安裝容量選擇過小，輕則導(dǎo)致牽引變壓器長期過載，造成壽命縮短；重則導(dǎo)致變壓器燒毀，影響鐵路的安全運(yùn)營，造成國民經(jīng)濟(jì)的重大損失。

2.2經(jīng)濟(jì)性

在保證供電安全性的前提下，從經(jīng)濟(jì)性方面考慮牽引變壓器的安裝容量，需要從變壓器的價(jià)格、變壓器的使用年限、變壓器安裝容量的基本電價(jià)等方面綜合考慮。

如果將上述3 1．5MVA的平衡牽引變壓器換成40 MVA容量的變壓器，兩者的經(jīng)濟(jì)性比較。

采用40 MVA牽引變壓器時(shí)，變壓器日壽命損耗不超過24h，牽引變壓器可以運(yùn)行30年。當(dāng)采用31．5MVA牽引變壓器時(shí)，由于熱老化日壽命損．失占正常日壽命損失的117．23％，理論上牽引變壓器可安全運(yùn)行25．59年。從表2可以看出，采用容量為31．5MVA的牽引變壓器，每年變壓器成本投入13．87萬元，固定電費(fèi)78．75萬元，2項(xiàng)合計(jì)92．62

萬元。而采用容量為40 MVA的牽引變壓器，每年2項(xiàng)合計(jì)113．83萬元。

由此可見，在保證牽引變壓器安全運(yùn)行的前提下，適當(dāng)提高牽引變壓器的熱老化日壽命損失，從而降低牽引變壓器的安裝容量，在經(jīng)濟(jì)上是完全可行的。，

影響牽引變壓器壽命的因素是多方面的，隨著現(xiàn)代電力變壓器制造工藝的提高，影響牽引變壓器壽命的因素集中體現(xiàn)在變壓器各部分的溫度。

典型負(fù)荷曲線是變壓器制造和運(yùn)行的重要參考依據(jù)，對(duì)合理選擇牽引變壓器容量具有重要參考作用。典型負(fù)荷曲線的過負(fù)荷倍數(shù)過大、過負(fù)荷時(shí)間過長，將大大提高牽引變壓器的制造成本和運(yùn)行成本；典型負(fù)荷曲線的過負(fù)荷倍數(shù)過小、過負(fù)荷時(shí)間過短，會(huì)導(dǎo)致安裝容量過大、牽引變壓器過負(fù)荷能力得不到充分利用。因此，有計(jì)劃地選擇一些典型線路，分別對(duì)普速客貨混跑鐵路、重載鐵路、高速客運(yùn)專線開展?fàn)恳��?fù)荷測量，建立符合各種典型線路實(shí)際情況的典型負(fù)荷曲線是十分必要的。

利用溫升計(jì)算和壽命損失分析的結(jié)果，本文從安全和經(jīng)濟(jì)角度對(duì)牽引變壓器容量的合理選擇進(jìn)行了探討。在保證牽引變壓器安全運(yùn)行的前提下，可以適當(dāng)提高牽引變壓器的熱老化日壽命損失。雖然會(huì)縮短牽引變壓器的使用壽命，但有利于降低牽引變壓器的安裝容量、充分利用牽引變壓器的過負(fù)載能力、降低固定電費(fèi)，即使僅從經(jīng)濟(jì)上分析也是完全可取的。